JP4470327B2 - 圧力検出シート並びにそれを用いた圧力検出方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、感圧塗料を用いて圧力を検出する際に、感圧塗料を均一に励起させることによって圧力検出精度を高めるようにした圧力検出シート並びにそれを用いた圧力検出方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、感圧塗料(PSP=Pressure Sensitive Paint)を用いた圧力検出方法が知られている。感圧塗料は、ある種の色素に紫外〜青色の励起光を照射すると、蛍光と共に青色〜赤色のリン光を発する。このリン光は、酸素と衝突することにより失活(酸素がリン光のエネルギを吸収)し、リン光の強度が低下する。従って、感圧塗料に空気圧力が作用すると、その圧力に対応して空気中の酸素分圧が上昇することによって、酸素によるリン光の失活が増加し、リン光強度が低下する。即ち、圧力が高くなるとリン光強度が低下して暗くなるので、この作用を利用して圧力を検出するものである。
【0003】
図3は、上記の感圧塗料を用いて圧力を検出する圧力検出装置の一例を示したものである。図3では、感圧塗料1を塗布した供試体2を、内部に空気が流動する風洞3の内部に設置している。そして、風洞3の外部には、励起光を発生する発光源4と、該発光源4からの励起光を導入して所定波長の励起光5のみを通過させるバンドパスフィルター6aを備えた照射装置7を設けており、該照射装置7からの励起光5を、風洞3に設けた窓8から前記供試体2上に塗布された感圧塗料1に向けて照射するようにしている。前記照射装置7によって照射する励起光5の発光源4としては、レーザ、放電ランプ(水銀ランプ、キセノンランプ等)、ハロゲンランプ、発光ダイオード(LED)等が用いられる。
【0004】
励起光5が照射された感圧塗料1は、前記したように励起されてリン光を生じる。風洞3の外部には、この感圧塗料1からのリン光を、励起光5をカットするバンドパスフィルター6bを介して取り入れて検出する計測装置9が設置されている。計測装置9としては、光電子倍増管(PMT)やシリコンダイオード等の点センサー、CCDカメラ等のイメージセンサー等を用いることができる。最も一般的なのはCCDカメラである。
【0005】
更に、リン光の強度を計測した計測装置9からの計測信号は、コンピュータ等の演算制御器10に入力されて、予め求めておいた感圧塗料1から発せられるリン光の強度と圧力との関係から、供試体2に作用する圧力が演算により検出される。
【0006】
上記したような感圧塗料1を用いた圧力検出方法によれば、供試体2の面に作用する圧力(静圧)を検出することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図3に示した従来の圧力検出装置においては、以下のような問題を有していた。
【0008】
即ち、圧力の検出には、感圧塗料1に励起光5を照射しつつ、感圧塗料1から発せられるリン光を計測する必要があるが、前記したようなレーザ、放電ランプ、ハロゲンランプ、発光ダイオード等の点光源による励起光5は照射むらを生じる。即ち、点光源によって照射される励起光5は、その中心と周辺とで強度が異なり、このような照射むらは、そのままリン光の強度に影響し、そのために高い精度での圧力の検出ができない。
【0009】
更に、多数の点光源を密接配置することによって励起光の強度を均一化しようとした場合にも、各点光源の性能によって励起光の強度が各個で異なってしまう。このため、各点光源の励起光の強度を均一にするための種々の方法も考えられているが、均一化するための調整は大変困難であり、更に各点光源には電源コードが必要であるために装置が非常に複雑となり、装置が非常に高価になってしまう。
【0010】
又、図3の圧力検出装置では、感圧塗料1の表面側から励起光を照射すると同時に、感圧塗料1からのリン光を計測するようにしているために、感圧塗料1の表面に対向するように複雑な構造を有する照射装置7を配置すると共に、計測装置9を設置する必要があり、従って、図3に示したように風洞3内の供試体2の圧力を検出する場合には適用できても、飛行機や自動車のような移動する物体の壁面に取付けてその壁面に作用する圧力を検出するような場合には困難が伴う。又、圧力を検出するには、供試体2に、その都度感圧塗料1を塗布するという煩わしい作業が必要であり、このために検出作業能率も低下することになる。
【0011】
更に、複雑な形状を有していて感圧塗料を均一に塗布することが困難な供試体等への適用は難しいという問題を有していた。
【0012】
本発明は、かかる従来装置のもつ問題点を解決すべくなしたもので、感圧塗料を簡略な方法にて均一に励起させることにより圧力検出精度を高めることができるようにした圧力検出シート並びにそれを用いた圧力検出方法及び装置を提供することを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、表面透明電極、発光層、絶縁層、背面電極、背面保護層の順で層を構成し、表面透明電極と背面電極とに通電して発光層により励起光を発するようにしているエレクトロルミネッセントシートの前記表面透明電極の上面に、感圧塗料を均一に塗布して感圧塗料層を形成し、前記発光層の励起光を感圧塗料層に背面から当てて励起することにより、感圧塗料層に作用する空気圧力に応じたリン光を感圧塗料層から生じさせるようにしたことを特徴とする圧力検出シートである。
【0014】
請求項2に係る発明は、圧力検出シートの背面保護層の背面に、接着剤層が備えられていることを特徴とする請求項1記載の圧力検出シートである。
【0015】
請求項3に係る発明は、請求項1又は2記載の圧力検出シートの背面を検出対象物に固定し、圧力検出シートの表面透明電極と背面電極とに通電して発光層の励起光を感圧塗料層に背面から当てて感圧塗料を励起することによりリン光を生じさせ、感圧塗料層に作用する空気圧力に応じた酸素分圧による酸素と衝突し失活することで変化するリン光の強度を計測することにより、リン光の強度から検出対象物に作用する空気圧力を検出することを特徴とする圧力検出方法である。
【0016】
請求項4に係る発明は、請求項1又は2記載の圧力検出シートと、該圧力検出シートの表面透明電極と背面電極とに通電して発光層からの励起光を感圧塗料層に背面から当てて感圧塗料層を励起させることによりリン光を生じさせる電源装置と、感圧塗料層に作用する空気圧力に応じて変化する感圧塗料層からのリン光の強度を計測する計測装置と、計測装置で計測したリン光の強度から感圧塗料層に作用する空気圧力を検出する演算制御器と、を備えたことを特徴とする圧力検出装置である。
【0017】
本発明によれば、以下のように作用する。
【0018】
本発明では、エレクトロルミネッセントシートの表面透明電極の上面に感圧塗料を均一に塗布して感圧塗料層を形成した圧力検出シートとしたので、圧力検出シートの発光層により均一な励起光を生じさせて感圧塗料を背面から均一に励起し、均一なリン光を生じさせることができるので、従来のような照射むらを生じることがなく、よって高い精度での圧力の検出が可能になる。
【0019】
更に、圧力検出シートは、構造が簡単であり、検出対象物に貼り付けて固定するのみでよく、検出対象物に感圧塗料を塗布する煩わしさが無く、しかも感圧塗料層の背面から励起光を当てて容易にしかも均一に励起できるため、飛行機や自動車のような移動する物体の壁面への適用が容易で、その壁面に作用する圧力を精度良く検出できる。
【0020】
更に、複雑な形状を有する検出対象物に対しても、圧力検出シートは任意の形状に切断して固定できるので、利便性に優れ、適用範囲を大幅に拡大できる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0022】
図2は、従来から知られているエレクトロルミネッセントシートである。エレクトロルミネッセントシート11は、表面透明電極12と、発光層13と、絶縁層14と、背面電極15と、背面保護層16とを積層してシート状に一体化したものであり、前記表面透明電極12と背面電極15には、電源に接続するようにした電源回路17が接続されている。
【0023】
エレクトロルミネッセントシート11は、電源回路17により表面透明電極12と背面電極15とに通電すると発光層13が面方向に均一に発光し、その発光した光は表面透明電極12を透過してその上面から均一に射出される。上記エレクトロルミネッセントシート11は、発光層13の材質を選定することによって、紫外〜青色の励起光18を均一に射出させることができる。
【0024】
図1は、前記図2のエレクトロルミネッセントシート11を用いた本発明の実施の形態例を示す概略側面図である。図1中、図3と同一の構成部には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【0025】
図1に示すように、エレクトロルミネッセントシート11の表面透明電極12の上面に、感圧塗料を均一に塗布して感圧塗料層19を形成することにより圧力検出シート20とする。前記表面透明電極12上に感圧塗料を塗布する方法としては、エアブラシ(模型塗装用のピースコン等)を用いたり、又、簡略な方法としては、スピンコーティング法、或いは浸漬法等を用いることができる。この時、表面透明電極12は一般に樹脂製材料で形成されているために、感圧塗料の付着性は良好であり、且つ表面透明電極12の表面は平滑であるために感圧塗料の均一厚さでの塗布は比較的容易である。この時の感圧塗料層19の厚さは、数ミクロン〜数十ミクロンとするのがよい。
【0026】
上記した圧力検出シート20の背面(背面保護層16の下面)には接着剤を塗布することにより接着剤層21を形成し、この接着剤層21を介して前記圧力検出シート20を検出対象物22の壁面に固定する。この接着剤層21は圧力検出シート20を使用する際に塗布することによって形成してもよく、又、予め圧力検出シート20の背面に接着剤層21を形成してその背面に剥離テープを貼付しておき、使用時に剥離テープを剥がして使うようにしてもよい。
【0027】
更に、図3と同様に、前記感圧塗料層19に対向するように、リン光の強度を計測するための計測装置9を設ける。そして、計測装置9で計測した計測信号をコンピュータ等の演算制御器10に入力して、該演算制御器10により検出対象物22に作用する圧力を演算する。又、演算制御器10は、圧力検出シート20の電源回路17の制御、例えば圧力検出シート20の発光強度の調整等を行うようにしている。
【0028】
以下に、上記形態例の作用を説明する。
【0029】
図1に示した形態例では、所要の大きさ(面積)を有する圧力検出シート20の背面(背面保護層16の下面)に接着剤を塗布し、この接着剤層21を介して前記圧力検出シート20を検出対象物22の壁面に固定する。この時、圧力検出シート20は、所要の面積としたものを用意しておき、検出対象物22の形状や必要検出面積等に応じて、圧力検出シート20を切断して用いることができる。
【0030】
電源回路17を作用させて表面透明電極12と背面電極15とに通電すると、発光層13が均一に発光し、その発光した励起光18は、表面透明電極12を透過してその上面から均一に射出される。
【0031】
この時、表面透明電極12の上面には感圧塗料層19が形成されているので、感圧塗料の色素が発光層13からの励起光18によって励起され、面方向に均一なリン光を生じるようになる。
【0032】
従って、前記感圧塗料層19及び検出対象物22に圧力が作用すると、その圧力の変化による酸素の分圧に正確に対応してリン光の強度が変化することになり、このリン光の強度の分布が計測装置9によって計測され、その計測信号は、演算制御器10に入力されて、予め求めておいた感圧塗料層19から発せられるリン光の強度と圧力との関係から、検出対象物22に作用する圧力が演算により検出される。
【0033】
上記したように、圧力検出シート20によると、感圧塗料層19の背面から励起光18を均一に照射して均一に励起させることができて、従来のような照射むらを生じることがないので、高い精度での圧力の検出が可能となる。
【0034】
更に、圧力検出シート20は、構造が簡単であり、検出対象物22に貼り付けて固定するのみで感圧塗料層19を励起できるため、飛行機や自動車のような移動する物体の壁面に容易に取付けてその壁面に作用する圧力を検出することができる。
【0035】
更に、複雑な形状を有している検出対象物22に対しても、圧力検出シート20を任意の形状に容易に切断して用いることができるので、利便性が向上され、よって適用範囲を大幅に拡大することができる。
【0036】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、エレクトロルミネッセントシートの表面透明電極の上面に感圧塗料を均一に塗布して感圧塗料層を形成した圧力検出シートとしたので、圧力検出シートの発光層により均一な励起光を生じさせて感圧塗料を背面から均一に励起し、均一なリン光を生じさせることができるので、従来のような照射むらを生じることがなく、よって高い精度での圧力の検出が可能になる効果がある。
【0038】
更に、圧力検出シートは、構造が簡単であり、検出対象物に貼り付けて固定するのみでよく、検出対象物に感圧塗料を塗布する煩わしさが無く、しかも感圧塗料層の背面から励起光を当てて容易にしかも均一に励起できるため、飛行機や自動車のような移動する物体の壁面への適用が容易で、その壁面に作用する圧力を精度良く検出できる効果がある。
【0039】
更に、複雑な形状を有する検出対象物に対しても、圧力検出シートは任意の形状に切断して固定できるので、利便性に優れ、適用範囲を大幅に拡大できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態例を示す概略側面図である。
【図2】本発明に用いるエレクトロルミネッセントシートの側面図である。
【図3】感圧塗料を用いた従来の圧力検出装置の一例を示す概略側面図である。
【符号の説明】
9 計測装置
10 演算制御器
11 エレクトロルミネッセントシート
12 表面透明電極
13 発光層
14 絶縁層
15 背面電極
16 背面保護層
17 電源回路
18 励起光
19 感圧塗料層
20 圧力検出シート
21 接着剤層
22 検出対象物
Claims (4)
- 表面透明電極、発光層、絶縁層、背面電極、背面保護層の順で層を構成し、表面透明電極と背面電極とに通電して発光層により励起光を発するようにしているエレクトロルミネッセントシートの前記表面透明電極の上面に、感圧塗料を均一に塗布して感圧塗料層を形成し、前記発光層の励起光を感圧塗料層に背面から当てて励起することにより、感圧塗料層に作用する空気圧力に応じたリン光を感圧塗料層から生じさせるようにしたことを特徴とする圧力検出シート。
- 圧力検出シートの背面保護層の背面に、接着剤層が備えられていることを特徴とする請求項1記載の圧力検出シート。
- 請求項1又は2記載の圧力検出シートの背面を検出対象物に固定し、圧力検出シートの表面透明電極と背面電極とに通電して発光層の励起光を感圧塗料層に背面から当てて感圧塗料を励起することによりリン光を生じさせ、感圧塗料層に作用する空気圧力に応じた酸素分圧による酸素と衝突し失活することで変化するリン光の強度を計測することにより、リン光の強度から検出対象物に作用する空気圧力を検出することを特徴とする圧力検出方法。
- 請求項1又は2記載の圧力検出シートと、該圧力検出シートの表面透明電極と背面電極とに通電して発光層からの励起光を感圧塗料層に背面から当てて感圧塗料層を励起させることによりリン光を生じさせる電源装置と、感圧塗料層に作用する空気圧力に応じて変化する感圧塗料層からのリン光の強度を計測する計測装置と、計測装置で計測したリン光の強度から感圧塗料層に作用する空気圧力を検出する演算制御器と、を備えたことを特徴とする圧力検出装置。
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